JPH08338674A - 氷蓄熱装置およびその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】氷の生成速度が速く高効率で、油やスケール等
の汚れにも強く、氷の充填率を高くすることができ、安
定的に製氷運転でき、均一的に解氷すること。 【構成】蓄熱媒体となる液体が貯留された氷蓄熱槽の内
部に、多層の伝熱管からなる熱交換器を配設すると共
に、当該伝熱管の内部に冷却用熱媒体を流通させ、製氷
時には伝熱管内部の冷却用熱媒体と伝熱管外部の液体と
の熱交換により当該伝熱管外表面に氷を生成させて冷熱
を蓄え、解氷時には蓄えられた氷を解かして冷熱を取り
出すようにした氷蓄熱装置において、熱交換器よりも下
方の氷蓄熱槽下部に配設され、液体よりも比重が大きく
かつ熱交換器の各伝熱管の間を自由に流動可能な大きさ
の外径寸法を有し、液体により流動せしめられる第１の
粒子群と、第１の粒子群よりも下方の氷蓄熱槽下部に配
設され、当該第１の粒子群が氷蓄熱槽外部に流出するの
を防止する粒子流出防止手段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、製氷時には氷蓄熱槽内
部に配設された熱交換器の伝熱管内部の冷却用熱媒体
と、熱交換器の伝熱管外部の蓄熱媒体とが熱交換するこ
とにより、熱交換器の伝熱管外表面に氷を生成させて冷
熱を蓄え、解氷時には蓄えた氷を解かして冷熱を取り出
すようにした氷蓄熱装置およびその運転方法に係り、特
に氷の生成速度が速く高効率で、油やスケール等の汚れ
にも強く、氷の充填率を高くすることができ、安定的に
製氷運転することができ、さらに均一的に解氷すること
ができるようにした解氷効率のよい氷蓄熱装置およびそ
の運転方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、工業プラントや高層建築等におけ
る空調システムでは、深夜の割安な電力を利用し、ヒー
トポンプ（冷凍機等）を用いて冷水や温水を生成して蓄
熱し、これを主に昼間の空調等に使用して、経済性を改
善した蓄熱型のものが提案されている。

【０００３】特に、最近では、夏期昼間の冷房負荷が急
速に増大して、電力の安定供給が阻害される心配があ
り、社会的にも深夜電力の活用が望まれる状況となって
きている。

【０００４】そして、このような状況下において、蓄熱
装置を備えた空調システムが多数研究され、特に蓄熱容
量が水に比較して飛躍的に増大する、氷蓄熱槽内部に熱
交換器を配設した氷蓄熱装置の実用化が、着々と進めら
れてきている。

【０００５】図７は、この種の従来の氷蓄熱装置の一例
を示す構成図である。すなわち、図７において、氷蓄熱
槽１の内部には、伝熱管である冷却管２を多層配設する
ことにより熱交換器３が形成されている。

【０００６】また、冷却管２の内部には、冷却用熱媒体
である不凍液４が充填され、冷却管２の一端は、不凍液
ポンプ５を介して冷凍機６の入口に接続され、冷却管２
の他端は、冷凍機６の出口に接続されている。

【０００７】一方、氷蓄熱槽１の底部には、冷水供給吸
い込み部７が設けられ、この冷水供給吸い込み部７は、
冷水ポンプ８を介して冷水配管９で空気冷却器１０の入
口に接続されている。

【０００８】また、空気冷却器１０の出口は、氷蓄熱槽
１の上部に設けられた散水装置１１と接続されている。
このように構成された氷蓄熱装置において、まず、主に
夜間に行なわれる製氷運転時には、冷水ポンプ８は稼動
しないで解氷系は停止し、製氷系は不凍液ポンプ５、冷
凍機６を稼動させ、冷凍機６で摂氏−１０度前後に冷却
された不凍液４は冷却管２内に入り、氷蓄熱槽１内に溜
められた蓄熱媒体である水１２と熱交換して再び冷凍機
６に戻る、というサイクルを繰り返す。

【０００９】そして、この時に、冷却管２周りの水１２
は零下まで冷却され、冷却管２の周囲に氷１３となって
付着、製氷される。一方、主に昼間に行なわれる解氷運
転時には、不凍液ポンプ５、冷凍機６は稼動しないで製
氷系は停止し、解氷系は冷水ポンプ８を稼動させ、冷水
供給吸い込み部７から水１２を吸い込み、空気冷却器１
０を通して空気と熱交換して温められた後に、水１２は
散水装置１１から氷蓄熱槽１内に散水されて戻り、冷却
管２に付着している氷１３を解かすことにより熱交換し
て冷やされ、冷水供給吸い込み部７に至る、というサイ
クルを繰り返すことにより、逐次冷熱を取り出すことが
できる。

【００１０】しかしながら、上記のような氷蓄熱装置に
おいては、冷却管２の外壁に氷１３を生成させることか
ら、氷１３の厚さが増加するに伴って、氷１３自身の熱
伝導率が小さいが故に、不凍液４から水１２への熱移動
が減少し、氷１３の生成速度が遅くなり、不凍液４を冷
却する冷凍機６の効率が低下するといった問題点があ
る。

【００１１】また、氷蓄熱槽１内に油やスケール等の汚
れがある場合にも、この汚れが冷却管２の表面に付着す
ることにより、熱伝導率が低下して氷１３の生成速度が
遅くなるという同様の問題点が生じる。

【００１２】さらに、氷蓄熱槽１内に冷却管２を配置す
るが、冷却管２の外側に氷１３を生成させるため、冷却
管２の本数を増加させた方が氷蓄熱槽１の効率は向上す
るものの、冷却管２の本数の増加分だけ氷１３の充填率
が低下するという問題点がある。

【００１３】一方、冷却管２の本数を減らして、冷却管
２に着氷する氷１３の厚さを増大させると、氷１３の生
成速度が遅くなるばかりでなく、さらに冷却管２内の不
凍液４が、冷凍機６に近い上流側では温度が低いが、下
流側になると氷蓄熱槽１内の水１２との熱交換が順次行
なわれていくので、温度が高くなるため、冷却管２に付
着生成する氷１３の厚さも、上流側の冷却管２ほど厚く
なっている。

【００１４】このため、解氷時には、空気冷却器１０で
温められた水１２は、氷１３厚さが薄く解け易い部分に
集中して融氷の不均一が生じ、解氷運転終了時に、氷１
３が全て解けきらず有効に氷１３を利用できないという
問題点がある。

【００１５】また、再度製氷運転を行なう場合には、解
けきっていない氷１３が残っている着氷部から着氷を開
始するので、厚い部分がさらに厚くなり、ついには氷１
３と氷１３とが接触して、冷却管２が曲がったり破損し
たりする事故を生じることがある、という問題点を有し
ている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
氷蓄熱装置においては、氷の生成速度が遅い、油やスケ
ール等の汚れに弱い、氷の充填率が低い、均一的に解氷
することができないという問題があった。

【００１７】本発明の目的は、氷の生成速度が速く高効
率で、油やスケール等の汚れにも強く、氷の充填率を高
くすることができ、安定的に製氷運転することができ、
さらに均一的に解氷することが可能な解氷効率のよい氷
蓄熱装置およびその運転方法を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、蓄熱媒体となる液体が貯留された氷蓄熱槽の内部
に、多層の伝熱管からなる熱交換器を配設すると共に、
当該伝熱管の内部に冷却用熱媒体を流通させ、製氷時に
は伝熱管内部の冷却用熱媒体と伝熱管外部の液体との熱
交換により当該伝熱管外表面に氷を生成させて冷熱を蓄
え、解氷時には蓄えられた氷を解かして冷熱を取り出す
ようにした氷蓄熱装置において、まず、請求項１に対応
する発明では、熱交換器よりも下方の氷蓄熱槽下部に配
設され、液体よりも比重が大きくかつ熱交換器の各伝熱
管の間を自由に流動可能な大きさの外径寸法を有し、記
液体により流動せしめられる第１の粒子群と、第１の粒
子群よりも下方の氷蓄熱槽下部に配設され、当該第１の
粒子群が氷蓄熱槽外部に流出するのを防止する粒子流出
防止手段とを備えて成る。

【００１９】また、請求項２に対応する発明では、熱交
換器よりも下方の氷蓄熱槽下部に配設され、液体よりも
比重が大きくかつ熱交換器の各伝熱管の間を自由に流動
可能な大きさの外径寸法を有し、液体により流動せしめ
られる第１の粒子群と、第１の粒子群よりも下方の氷蓄
熱槽下部に配設され、当該第１の粒子群よりも比重が大
きくかつ熱交換器の各伝熱管の間を自由に流動可能な大
きさの外径寸法を有し、第１の粒子群よりも流動化流速
が大きくなるようにし、液体により流動せしめられる第
２の粒子群と、第２の粒子群よりも下方の氷蓄熱槽下部
に配設され、当該第２の粒子群が氷蓄熱槽外部に流出す
るのを防止する粒子流出防止手段とを備えて成る。

【００２０】さらに、請求項３に対応する発明では、上
記請求項２に対応する発明の氷蓄熱装置の運転を行なう
方法において、製氷運転操時の通常行程時には、熱交換
器の伝熱管外を通過する液体の流速を、第１の粒子群が
流動化状態となりかつ第２の粒子群が静止状態となるよ
うに流速設定して製氷運転操作を行ない、また製氷運転
操時の槽壁着氷防止行程時には、第２の粒子群が熱交換
器の伝熱管部で流動化状態となるように液体の流速を増
大し、かつ第１の粒子群が熱交換器の伝熱管部の上方で
流動化状態となるように流速設定して製氷運転操作を行
なうようにしている。

【００２１】また、請求項４に対応する発明では、上記
請求項１または請求項２に対応する発明の氷蓄熱装置に
おいて、熱交換器の伝熱管に、内径寸法が当該伝熱管の
外径寸法よりも大きい少なくとも一つの遊動リングを、
伝熱管軸方向に一定範囲だけ遊動可能に嵌め込むように
する。

【００２２】さらに、請求項５に対応する発明では、上
記請求項１に対応する発明の氷蓄熱装置において、氷蓄
熱槽を、製氷槽と貯氷槽とに分割して隔壁を設け、製氷
槽の内部に、多層の伝熱管からなる熱交換器、第１の粒
子群、および粒子流出防止手段を配設して、当該製氷槽
で生成された氷を貯氷槽に移送して貯氷するようにし、
製氷槽と貯氷槽間との間の隔壁に、当該製氷槽から貯氷
槽に流れ込んだ第１の粒子群の粒子を再び製氷槽に回収
する粒子回収手段を配設して成る。

【００２３】

【作用】従って、まず、請求項１に対応する発明の氷蓄
熱装置においては、製氷運転時には、流動化状態形成流
速が第１の粒子群を熱交換器の伝熱管と伝熱管との間で
流動化状態にし、伝熱管に着氷している氷を第１の粒子
群の運動によって順次削り落とし、氷自身はその浮力お
よび氷蓄熱槽内の液体の循環配管系の循環搬送力によっ
て氷蓄熱槽上部に搬送されるという行程が繰り返され、
氷蓄熱槽上部に貯氷される。また、氷蓄熱槽に接続され
ている循環配管系の接続部には、粒子流出防止手段が設
けられていることにより、第１の粒子群が氷蓄熱槽外に
流出するのを防止することができる。

【００２４】これにより、伝熱管の外表面は氷が着氷す
ると直ぐに削り落とされるため、常に熱交換率のよい状
態を保つことができ、氷の生成速度も速く保つことがで
き、冷凍機の効率が下がることもない。

【００２５】また、氷蓄熱槽内の液体が汚れているよう
な場合でも、第１の粒子群の運動によって伝熱管外表面
に付着する汚れを削り落とすため、同様に熱交換率が常
によい状態を保つことができる。

【００２６】さらに、熱交換器内の伝熱管の上流側、下
流側による着氷する氷の厚さの不均一も解消されるた
め、解氷時に熱交換器内での解氷循環水の流れの不均一
が解消され、解けきらない氷が残って全ての氷を有効に
利用することができないという問題も解消することがで
きる。

【００２７】さらにまた、氷蓄熱槽上部に貯氷された氷
は、第１の粒子群の運動によって削り落とされた細かい
砕氷であるため、氷の表面積が伝熱管の外表面に着氷し
て成長する氷塊に比べて極めて大きく、このため解氷運
転時の解氷配管系による氷蓄熱槽内の液体の循環時に
は、空気冷却器により温められた解氷循環水が散水装置
によって氷蓄熱槽上部に浮上貯氷されている氷に直接散
布され、かつ温水が砕氷の表面に接触しながら流れるこ
とにより、均一にかつ高速に解けるため、効率がよく即
応性の高い氷蓄熱装置を得ることができる。

【００２８】一方、請求項２および請求項３に対応する
発明の氷蓄熱装置およびその運転方法においては、ま
ず、製氷運転時の通常行程時には、循環配管系の氷蓄熱
槽の入口の流量調整バルブを調整することにより、第１
の粒子群が流動化状態形成流速となるように流量調整
し、この行程においては第１の粒子群のみが熱交換器内
で流動化状態になって伝熱管の外表面の氷の削り落とし
作業を行ない、第２の粒子群は氷蓄熱槽底部で静止状態
にあって粒子流出防止手段によって留保されており、か
つ第１の粒子群は第２の粒子群よりも比重が小さいた
め、氷蓄熱槽下部からの流出は第２の粒子群に妨げられ
て防止される。

【００２９】また、製氷運転時の槽壁着氷防止行程時に
は、流量調整バルブを調整して水の循環流量を増大さ
せ、第１の粒子群は氷蓄熱槽内の熱交換器より上方で流
動化状態形成流速となるように、かつ第２の粒子群は熱
交換器内で流動化状態形成流速になるように流量調整
し、この行程においては伝熱管外表面の氷削り落とし作
業は第２の粒子群が行ない、第１の粒子群は熱交換器上
部で氷蓄熱槽の壁面に付着して氷の浮上を阻害する壁面
付着氷の粉砕作業を行なう。

【００３０】これにより、伝熱管外表面で削り落とされ
た砕氷は阻害されずに氷蓄熱槽上部まで浮上し、貯氷す
ることができる。一方、請求項４に対応する発明の氷蓄
熱装置においては、熱交換器の伝熱管に嵌合されている
遊動リングは、液体の循環および第１の粒子群や第２の
粒子群の運動によって、遊動可能範囲で往復や回転、振
動運動を行なう。

【００３１】この時、伝熱管外表面や遊動リング表面に
着氷していた氷は、粒子群の運動だけでなく遊動リング
自身の運動により、迅速にかつ効率よく削り落とし作業
を行なうことができる。

【００３２】一方、請求項５に対応する発明の氷蓄熱装
置においては、上記請求項１に対応する発明の氷蓄熱装
置では、氷蓄熱槽下部に熱交換器を配設していることか
ら、貯氷スペースがそれだけ小さくなっているのに対し
て、氷蓄熱槽を製氷槽と貯氷槽とに分割することによ
り、製氷槽上部に蓄氷された砕氷を液体の循環によって
隔壁を越えた貯氷槽にオーバーフローさせて貯氷する場
合、第１の粒子群も一緒にオーバーフローして貯氷槽に
移動する可能性があるが、このオーバーフローしてきた
第１の粒子群を捕捉補集し、ある程度溜まってきたら隔
壁に設けた粒子回収手段から製氷槽内に戻すようにして
第１の粒子群を回収することができる。

【００３３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。 （第１の実施例）図１は、本実施例による氷蓄熱装置を
示す構成図（製氷運転時の状態図）であり、図７と同一
要素には同一符号を付して示している。

【００３４】図１において、蓄熱媒体となる液体である
水１２が貯留された氷蓄熱槽１の内部には、多層の冷却
管２からなる熱交換器３が配設されている。また、熱交
換器３の出入口は、それぞれ冷凍機６の入口、出口に接
続され、不凍液ポンプ５によって冷却用熱媒体である不
凍液４が循環されるように、不凍液配管系が構成されて
いる。

【００３５】一方、熱負荷源である空気冷却器１０の系
統は、氷蓄熱槽１内の水１２を、冷水ポンプ８、冷水配
管９により氷蓄熱槽１下部の冷水供給吸い込み部７より
吸入して、空気冷却器１０経由で氷蓄熱槽１上部に設置
された散水装置１１から氷蓄熱槽１に戻す解氷循環配管
系が構成されている。

【００３６】他方、氷蓄熱槽１上部から水１２を吸い込
み、循環水ポンプ１４、流量調整バルブ１５を介して、
氷蓄熱槽１底面から吐出する循環配管系も設けられてい
る。なお、循環配管系の氷蓄熱槽１内の水１２の流れ
は、冷却管２の軸方向とほぼ直角となるように構成され
ている。

【００３７】一方、熱交換器３よりも下方の氷蓄熱槽１
下部には、第１の粒子群１６が粒子流出防止網１７によ
り保持されている。ここで、第１の粒子群１６は、比較
的小さな流速によって流動化状態を形成するように、そ
の粒子径および比重が設定されている。

【００３８】また、この第１の粒子群１６の粒子の材質
の具体的な例としては、ガラスビーズ、アルミナボー
ル、金属球、珪砂等が挙げられ、例えば粒子径５００μ
ｍ〜３０００μｍ程度のものが好ましい。

【００３９】一方、粒子流出防止網１７は、氷蓄熱槽１
下部にあってかつ冷水供給吸い込み部７や循環配管系吐
出口よりも上方に取り付けられ、第１の粒子群１６の粒
子径よりも小さい網目を有している。

【００４０】また、氷蓄熱槽１の上部にある循環水吸い
込み部１８にも同様に、第１の粒子群１６の粒子径より
も小さな網目を有する網が取り付けられている。次に、
以上のように構成した本実施例の氷蓄熱装置の運転方法
について、図２を用いて説明する。

【００４１】図１において、まず、製氷時には、循環水
ポンプ１４を起動すると、氷蓄熱槽１底面から水１２が
上方へ吹き上げられて、第１の粒子群１６も熱交換器３
方向へ吹き上げられる。

【００４２】この時、流量調整バルブ１５を調節するこ
とにより、第１の粒子群１６は、図２に示すように、ち
ょうど熱交換器３内で流動化状態を形成することにな
る。一方、熱交換器３の冷却管２では、不凍液４が冷凍
機６により零下まで冷却されて送入されてくる。そし
て、零下まで冷却された不凍液４は、冷却管２内で冷却
管２外の水１２と熱交換することにより、冷却管２外に
氷１３を着氷させる。さらに、この着氷した氷１３は、
第１の粒子群１６が冷却管２にぶつかることにより削り
落とされて冷却管２から剥がれ、剥がされて砕かれた砕
氷は、氷１３自身の浮力、および水１２の循環配管系の
循環搬送力によって、氷蓄熱槽１の上部に順次貯氷され
ていく。

【００４３】なお、この時、第１の粒子群１６は、循環
水吸い込み部１８に取り付けられた粒子流出防止網１７
によって、氷蓄熱槽１外に流出することはない。一方、
解氷時には、解氷循環配管系により、氷蓄熱槽１下部の
冷水は、冷水ポンプ８によって空気冷却器１０に送ら
れ、熱交換して温まった水１２は、散水装置１１により
氷蓄熱槽１上部に貯氷された砕氷に散水されて砕氷を解
かし、熱交換されて再び冷水となり、氷蓄熱槽１下部の
冷水供給吸い込み部７から空気冷却器１０に送水される
サイクルを繰り返す。

【００４４】上述したように、本実施例の氷蓄熱装置お
よびその運転方法においては、製氷時には、冷却管２の
着氷を順次削り落として、冷却管２の外表面が直接水１
２と接触している状態を作り出すので、常に高い熱交換
率をキープすることができ、また解氷時には、冷却管２
に着氷成長する氷の厚さ等による解氷循環系の温水流れ
の不均一による残氷を防止するので、解氷効率を高め、
かつ氷蓄熱槽１の上部に貯氷される氷１３が細かい砕氷
であるので、氷表面積の飛躍的増大が見込めるため、即
応性の高い解氷作業をすることができる。

【００４５】これにより、氷の生成速度が速く高効率
で、油やスケール等の汚れにも強く、氷の充填率を高く
することが可能で、安定的に製氷運転することができ、
均一的に解氷することができて解氷効率がよい氷蓄熱装
置を得ることが可能となる。

【００４６】（第２の実施例）図３および図４は、本実
施例による氷蓄熱装置を示す構成図であり、図１および
図２と同一要素には同一符号を付してその説明を省略
し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【００４７】すなわち、本実施例では、前記第１の実施
例における氷蓄熱槽１内の第１の粒子群１６よりもさら
に下側に、第１の粒子群１６よりも比重が大きく、かつ
外径寸法も大きくして、第１の粒子群１６が流動化する
速度よりも大きい速度で流動化状態を形成するようにし
た第２の粒子群１９が配設されている。

【００４８】なお、この第２の粒子群１９としては、第
１の粒子群１６と粒子径がほぼ同等で比重が大きい材質
や、第１の粒子群１６と同一材質で粒子径が大きい粒子
を用いることも可能である。

【００４９】また、第２の粒子群１９の下側には、第１
の粒子群１６は通過できるが、第２の粒子群１９は通過
できない大きさの網目を有する粒子流出防止網１７が設
けられている。

【００５０】次に、以上のように構成した本実施例の氷
蓄熱装置の作用について説明する。まず、製氷運転時の
通常行程時には、図３に示すように、流量調整バルブ１
５を調整して、第１の粒子群１６のみが流動化状態形成
流速となるように流量調整する。この時、第２の粒子群
１９は、水１２の循環流量が小さい場合には粒子は動か
ず、静止層を形成する。これにより、前記第１の実施例
の場合と同様に、第１の粒子群１６のみが熱交換器３内
で流動化状態になって、冷却管２の外表面の氷の削り落
とし作業を行なう。

【００５１】また、第２の粒子群１９は、氷蓄熱槽１下
部で静止状態にあって粒子流出防止網１７に留保されて
いる。なお、運転前の状態では、第１の粒子群１６は第
２の粒子群１９よりも比重が小さいため、氷蓄熱槽１下
部への沈殿は第１の粒子群１６の方が遅く、氷蓄熱槽１
下部からの流出は第２の粒子群１９に妨げられて防止さ
れることになる。

【００５２】一方、製氷運転時の槽壁着氷防止行程時に
は、図４に示すように、流出量調整バルブ１５を調整し
て水１２の循環流量を増大させ、第１の粒子群１６は氷
蓄熱槽１内の熱交換器３より上方で流動化状態形成流速
となり、かつ第２の粒子群１９は熱交換器３内で流動化
状態形成流速となっている。

【００５３】一般に、水１２の循環流量が小さい場合に
は、第１の粒子群１６のみが流動化し、第２の粒子群１
９は静止している。そして、水１２の循環流量を増加さ
せていくと、第２の粒子群１９は最小流動化速度に達す
ると、流動化を始めると共に、第１の粒子群１６は流動
終端速度に達して、それ以上では流出状態になる。

【００５４】この時、第１の粒子群１６を熱交換器３の
上方で流動化状態とするためには、熱交換器３上方の流
路切断面積を大きくしておくと、熱交換器３上方での流
速が減少して、第１の粒子群１６、第２の粒子群１９共
に流動化状態を保つことができる。

【００５５】また、この時、冷却管２外表面の氷削り落
とし作業は第２の粒子群１９が分担し、第１の粒子群１
６は熱交換器３上部で流動化状態となって、氷蓄熱槽１
の壁面にぶつかることにより、壁面に付着して氷１３の
浮上を阻害する壁面付着氷の粉砕作業を行なうことにな
る。

【００５６】これにより、冷却管２外表面で削り落とさ
れた砕氷は、阻害されずに氷蓄熱槽１上部まで浮上し、
貯氷されることになる。上述したように、本実施例の氷
蓄熱装置およびその運転方法においては、製氷運転時の
通常行程時には、第１の粒子群１６のみが熱交換器３内
で流動化状態になって冷却管２の外表面の氷１３の削り
落とし作業を行ない、第２の粒子群１９は氷蓄熱槽１底
部で静止状態にあって粒子流出防止編み１７によって留
保され、かつ第１の粒子群１６は第２の粒子群１９より
も比重が小さいため、氷蓄熱槽１下部からの流出は第２
の粒子群１９に妨げられて防止することができる。

【００５７】また、製氷運転時の槽壁着氷防止行程時に
は、第１の粒子群１６は氷蓄熱槽１内の熱交換器３より
上方で流動化状態形成流速となるように、かつ第２の粒
子群１９は熱交換器３内で流動化状態形成流速となるよ
うに流量調整して、冷却管２外表面の氷１３削り落とし
作業は第２の粒子群１９が行ない、第１の粒子群１６は
熱交換器３上部で氷蓄熱槽１の壁面に付着して氷１３の
浮上を阻害する壁面付着氷の粉砕作業を行なうことがで
きる。

【００５８】これにより、冷却管２外表面で削り落とさ
れた砕氷は、阻害されずに氷蓄熱槽１上部まで浮上し、
貯氷することが可能となる。 （第３の実施例）図５は、本実施例による氷蓄熱装置の
要部を示す構成図であり、図１乃至図４と同一要素には
同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部
分についてのみ述べる。

【００５９】すなわち、本実施例では、前記第１または
第２の実施例における熱交換器３の冷却管２に、内径寸
法が冷却管２の外径寸法よりも十分に大きい少なくとも
一つの遊動リング２０が嵌め込まれ、その各々の遊動リ
ング２０の両側の冷却管２外表面に、遊動リング２０に
対して冷却管２の軸方向の少し離れた位置に突起物２１
が設けられている。

【００６０】ここで、突起物２１は遊動リング２０がそ
れを越えては冷却管２の軸方向に移動できない大きさと
し、さらに遊動リング２０の取付ピッチは第１の粒子群
１６の外径寸法よりも大きくして、遊動リング２０が突
起物２１と突起物２１との間で自由に動ける（一定範囲
だけ遊動可能に）ように構成されている。

【００６１】次に、以上のように構成した本実施例の氷
蓄熱装置の作用について説明する。製氷時には、熱交換
器３の冷却管２に嵌合されている遊動リング２０は、水
１２の循環および第１の粒子群１６の運動によって、遊
動可能範囲Ａで往復や回転、振動運動を行なう。

【００６２】この時、冷却管２外表面や遊動リング２０
表面に着氷していた氷１３は、第１の粒子群１６の粒子
群の運動だけでなく、遊動リング２０自身の運動によ
り、迅速にかつ効率よく削り落とし作業を行なうことが
できるため、製氷効率が一段と向上することになる。

【００６３】上述したように、本実施例の氷蓄熱装置に
おいては、熱交換器３の冷却管２に嵌合されている遊動
リング２０は、水１２の循環および第１の粒子群１６や
第２の粒子群１９の運動によって、遊動可能範囲で往復
や回転、振動運動を行なうので、冷却管２外表面や遊動
リング２０表面に着氷していた氷を、粒子群１６，１９
の運動だけでなく遊動リング２０自身の運動によって、
迅速にかつ効率よく削り落とし作業を行なうことが可能
となる。

【００６４】（第４の実施例）図６は、本実施例による
氷蓄熱装置の要部を示す構成図であり、図１および図２
と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、こ
こでは異なる部分についてのみ述べる。

【００６５】すなわち、本実施例では、前記第１の実施
例における氷蓄熱槽１を、製氷槽２２と貯氷槽２３に分
割して隔壁２４が設けられ、製氷槽２２の内部には、前
記第１の実施例の構成要素、すなわち冷却管２からなる
熱交換器３、第１の粒子群１６、および粒子流出防止網
１７が配設されている。

【００６６】また、貯氷槽２３下部には、冷水供給吸い
込み部７が設けられ、製氷槽２２下部から流入する水１
２の循環水は、隔壁２４をオーバーフローして貯氷槽２
３内に流入し、貯氷槽２３下部の冷水供給吸い込み部７
から再び製氷槽２２下部に送水するという循環配管系が
構成され、製氷槽２２で生成された氷は貯氷槽２３に貯
氷される。

【００６７】さらに、貯氷槽２３下部には、氷１３と一
緒にオーバーフローしてきた第１の粒子群１６を捕捉補
集する粒子流出防止網１７と同様の受け網２５が設けら
れ、隔壁２４には、受け網２５と同レベルに回収孔２６
が設けられ、回収孔２６の製氷槽２２側には、ゴム板等
の逆流防止板２７が設けられて、製氷槽２２から貯氷槽
２３への流れができないようにすると共に、常に製氷槽
２２の水面を貯氷槽２３の水面よりも高く設定すること
により、貯氷槽２３から製氷槽２２への流れもできない
ように構成されている。

【００６８】次に、以上のように構成した本実施例の氷
蓄熱装置の作用について説明する。前記第１の実施例で
は、氷蓄熱槽１内に熱交換器３を配していることから、
貯氷スペースがそれだけ小さくなり、氷充填率がそれだ
け低いものとなっている。

【００６９】そこで、本実施例のように、氷蓄熱槽１を
製氷槽２２と貯氷槽２３とに分割して、製氷槽２２上部
に貯氷された砕氷を水１２の循環によって隔壁２４を越
えて貯氷槽２３にオーバーフローさせて貯氷する場合、
氷充填率を増大させることができるものの、第１の粒子
群１６も一緒にオーバーフローして貯氷槽２３に移動す
る可能性があるが、このオーバーフローしてきた第１の
粒子群１６を受け網２５で捕捉補集し、ある程度たまっ
てきたら第１の粒子群１６自身の自重で、隔壁２４に設
けた回収孔２６の逆流防止板２７を押開いて、第１の粒
子群１６が製氷槽２２内に戻れるようにして、第１の粒
子群１６の回収を自動的に行なうことができる。

【００７０】上述したように、本実施例の氷蓄熱装置に
おいては、氷蓄熱槽１を製氷槽２２と貯氷槽２３とに分
割し、製氷槽２２上部に蓄氷された砕氷を水１２の循環
によって隔壁２４を越えた貯氷槽２３にオーバーフロー
させて貯氷する場合に、オーバーフローしてきた第１の
粒子群１６を捕捉補集し、ある程度溜まってきたら隔壁
に設けた製氷槽２２内に戻して、第１の粒子群１６を回
収することが可能となる。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、蓄熱媒体となる液
体が貯留された氷蓄熱槽の内部に、多層の伝熱管からな
る熱交換器を配設すると共に、当該伝熱管の内部に冷却
用熱媒体を流通させ、製氷時には伝熱管内部の冷却用熱
媒体と伝熱管外部の液体との熱交換により当該伝熱管外
表面に氷を生成させて冷熱を蓄え、解氷時には蓄えられ
た氷を解かして冷熱を取り出すようにした氷蓄熱装置に
おいて、まず、請求項１に対応する発明によれば、熱交
換器よりも下方の氷蓄熱槽下部に配設され、液体よりも
比重が大きくかつ熱交換器の各伝熱管の間を自由に流動
可能な大きさの外径寸法を有し、記液体により流動せし
められる第１の粒子群と、第１の粒子群よりも下方の氷
蓄熱槽下部に配設され、当該第１の粒子群が氷蓄熱槽外
部に流出するのを防止する粒子流出防止手段とを備える
ようにしたので、氷の生成速度が速く高効率で、油やス
ケール等の汚れにも強く、氷の充填率を高くすることが
でき、安定的に製氷運転することができ、さらに均一的
に解氷することが可能な解氷効率のよい氷蓄熱装置が提
供できる。

【００７２】また、請求項２および請求項３に対応する
発明によれば、熱交換器よりも下方の氷蓄熱槽下部に配
設され、液体よりも比重が大きくかつ熱交換器の各伝熱
管の間を自由に流動可能な大きさの外径寸法を有し、液
体により流動せしめられる第１の粒子群と、第１の粒子
群よりも下方の氷蓄熱槽下部に配設され、当該第１の粒
子群よりも比重が大きくかつ熱交換器の各伝熱管の間を
自由に流動可能な大きさの外径寸法を有し、第１の粒子
群よりも流動化流速が大きくなるようにし、液体により
流動せしめられる第２の粒子群と、第２の粒子群よりも
下方の氷蓄熱槽下部に配設され、当該第２の粒子群が氷
蓄熱槽外部に流出するのを防止する粒子流出防止手段と
を備え、製氷運転操時の通常行程時には、熱交換器の伝
熱管外を通過する液体の流速を、第１の粒子群が流動化
状態となりかつ第２の粒子群が静止状態となるように流
速設定して製氷運転操作を行ない、また製氷運転操時の
槽壁着氷防止行程時には、第２の粒子群が熱交換器の伝
熱管部で流動化状態となるように液体の流速を増大し、
かつ第１の粒子群が熱交換器の伝熱管部の上方で流動化
状態となるように流速設定して製氷運転操作を行なうよ
うにしたので、氷の生成速度が速く高効率で、油やスケ
ール等の汚れにも強く、氷の充填率を高くすることがで
き、安定的に製氷運転することができ、また伝熱管外表
面で削り落とされた砕氷を氷蓄熱槽上部に貯氷すること
ができ、さらに均一的に解氷することが可能な解氷効率
のよい氷蓄熱装置およびその運転方法が提供できる。

【００７３】さらに、請求項４に対応する発明によれ
ば、上記請求項１または請求項２に対応する発明の氷蓄
熱装置において、熱交換器の伝熱管に、内径寸法が当該
伝熱管の外径寸法よりも大きい少なくとも一つの遊動リ
ングを、伝熱管軸方向に一定範囲だけ遊動可能に嵌め込
むようにしたので、迅速にかつ効率よく削り落とし作業
を行なうことが可能な氷蓄熱装置が提供できる。

【００７４】さらにまた、請求項５に対応する発明によ
れば、上記請求項１に対応する発明の氷蓄熱装置におい
て、氷蓄熱槽を、製氷槽と貯氷槽とに分割して隔壁を設
け、製氷槽の内部に、多層の伝熱管からなる熱交換器、
第１の粒子群、および粒子流出防止手段を配設して、当
該製氷槽で生成された氷を貯氷槽に移送して貯氷するよ
うにし、製氷槽と貯氷槽間との間の隔壁に、当該製氷槽
から貯氷槽に流れ込んだ第１の粒子群の粒子を再び製氷
槽に回収する粒子回収手段を配設するようにしたので、
オーバーフローしてきた第１の粒子群を捕捉補集して回
収して製氷槽内に戻すことが可能な氷蓄熱装置が提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による氷蓄熱装置の第１の実施例を示す
構成図。

【図２】同第１の実施例の氷蓄熱装置における作用を説
明するための図。

【図３】本発明による氷蓄熱装置の第２の実施例を示す
構成図。

【図４】本発明による氷蓄熱装置の第２の実施例を示す
構成図。

【図５】本発明による氷蓄熱装置の第３の実施例を示す
構成図。

【図６】本発明による氷蓄熱装置の第４の実施例を示す
構成図。

【図７】従来の氷蓄熱装置の一例を示す構成図。

【符号の説明】

１…氷蓄熱槽、 ２…冷却管、 ３…熱交換器、 ４…不凍液、 ５…不凍液ポンプ、 ６…冷凍機、 ７…冷水供給吸い込み部、 ８…冷水ポンプ、 ９…冷水配管、 １０…空気冷却器、 １１…散水装置、 １２…水、 １３…氷、 １４…循環水ポンプ、 １５…流量バルブ、 １６…第１の粒子群、 １７…粒子流出防止網、 １８…循環水吸い込み部、 １９…第２の粒子群、 ２０…遊動リング、 ２１…突起物、 ２２…製氷槽、 ２３…貯氷槽、 ２４…隔壁、 ２５…受け網、 ２６…回収孔、 ２７…逆流防止板。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄熱媒体となる液体が貯留された氷蓄熱
   槽の内部に、多層の伝熱管からなる熱交換器を配設する
   と共に、当該伝熱管の内部に冷却用熱媒体を流通させ、
   製氷時には前記伝熱管内部の冷却用熱媒体と伝熱管外部
   の液体との熱交換により当該伝熱管外表面に氷を生成さ
   せて冷熱を蓄え、解氷時には前記蓄えられた氷を解かし
   て冷熱を取り出すようにした氷蓄熱装置において、 前記熱交換器よりも下方の氷蓄熱槽下部に配設され、前
   記液体よりも比重が大きくかつ前記熱交換器の各伝熱管
   の間を自由に流動可能な大きさの外径寸法を有し、前記
   液体により流動せしめられる第１の粒子群と、 前記第１の粒子群よりも下方の氷蓄熱槽下部に配設さ
   れ、当該第１の粒子群が氷蓄熱槽外部に流出するのを防
   止する粒子流出防止手段と、 を備えて成ることを特徴とする氷蓄熱装置。
2. 【請求項２】 蓄熱媒体となる液体が貯留された氷蓄熱
   槽の内部に、多層の伝熱管からなる熱交換器を配設する
   と共に、当該伝熱管の内部に冷却用熱媒体を流通させ、
   製氷時には前記伝熱管内部の冷却用熱媒体と伝熱管外部
   の液体との熱交換により当該伝熱管外表面に氷を生成さ
   せて冷熱を蓄え、解氷時には前記蓄えられた氷を解かし
   て冷熱を取り出すようにした氷蓄熱装置において、 前記熱交換器よりも下方の氷蓄熱槽下部に配設され、前
   記液体よりも比重が大きくかつ前記熱交換器の各伝熱管
   の間を自由に流動可能な大きさの外径寸法を有し、前記
   液体により流動せしめられる第１の粒子群と、 前記第１の粒子群よりも下方の氷蓄熱槽下部に配設さ
   れ、当該第１の粒子群よりも比重が大きくかつ前記熱交
   換器の各伝熱管の間を自由に流動可能な大きさの外径寸
   法を有し、前記第１の粒子群よりも流動化流速が大きく
   なるようにし、前記液体により流動せしめられる第２の
   粒子群と、 前記第２の粒子群よりも下方の氷蓄熱槽下部に配設さ
   れ、当該第２の粒子群が氷蓄熱槽外部に流出するのを防
   止する粒子流出防止手段と、 を備えて成ることを特徴とする氷蓄熱装置。
3. 【請求項３】 前記請求項２に記載の氷蓄熱装置の運転
   を行なう方法において、 製氷運転操時の通常行程時には、前記熱交換器の伝熱管
   外を通過する液体の流速を、前記第１の粒子群が流動化
   状態となりかつ前記第２の粒子群が静止状態となるよう
   に流速設定して製氷運転操作を行ない、 また製氷運転操時の槽壁着氷防止行程時には、前記第２
   の粒子群が前記熱交換器の伝熱管部で流動化状態となる
   ように前記液体の流速を増大し、かつ前記第１の粒子群
   が前記熱交換器の伝熱管部の上方で流動化状態となるよ
   うに流速設定して製氷運転操作を行なうようにしたこと
   を特徴とする氷蓄熱装置の運転方法。
4. 【請求項４】 前記請求項１または請求項２に記載の氷
   蓄熱装置において、 前記熱交換器の伝熱管に、内径寸法が当該伝熱管の外径
   寸法よりも大きい少なくとも一つの遊動リングを、伝熱
   管軸方向に一定範囲だけ遊動可能に嵌め込むようにした
   ことを特徴とする氷蓄熱装置。
5. 【請求項５】 前記請求項１に記載の氷蓄熱装置におい
   て、 前記氷蓄熱槽を、製氷槽と貯氷槽とに分割して隔壁を設
   け、 前記製氷槽の内部に、前記多層の伝熱管からなる熱交換
   器、第１の粒子群、および粒子流出防止手段を配設し
   て、当該製氷槽で生成された氷を前記貯氷槽に移送して
   貯氷するようにし、 前記製氷槽と貯氷槽間との間の隔壁に、当該製氷槽から
   貯氷槽に流れ込んだ第１の粒子群の粒子を再び製氷槽に
   回収する粒子回収手段を配設して成ることを特徴とする
   氷蓄熱装置。